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万米级潜水器发展重点及趋势

新闻来源:中国船检    浏览量:277 赵羿羽 2018-10-24
        当前,人类正在大力对深海特别是6500米以深的深渊开展科学研究。作为深渊科考的重要工具,面向全海深的作业型万米级有/无人潜水器的研制已成为深海潜水器的重要发展方向。下潜至万米水深并不是天方夜谈,人类早在几十年前就实现了万米载人下潜,只不过当时的潜水器需要携带浮力舱,不具备作业能力和航行动力,属于第一代载人潜水器。现在建造和在役的载人潜水器不需要携带浮力舱,可以自由航行和运动,属于第二代载人潜水器。在第二代深海载人潜水器的基础上,很多国家正在积极研发新一代万米级载人潜水器,这类载人潜水器可称为第三代载人潜水器。万米级无人潜水器作为有人潜水器作业的重要补充,近年来也发展迅速。
        总结国内外万米级潜水器发展重点,主要包括如下几个方面:
        提高设备可靠性。“深海挑战者”号载人潜水器下潜至万米时,由于关键的部件(如推进器等)故障只能在海底停留20分钟就即刻上浮;“深海飞行挑战者”号载人潜水器初次海试就发生结构破坏;“海神”号无人潜水器发生爆裂而丢失,“海沟”号无人潜水器缆绳断裂而丢失,“彩虹鱼”号无人潜水器海试时也出现损伤而终止万米下潜。由此可见,设备的可靠性对于万米级潜水器是至关重要。
        减轻重量。随着水压的增加,潜水器全部耐压壳体的重量就会增加,整体的重量也会再一步增加。在保证万米级潜水器上所有子系统可靠性、高效性和不对其他设备造成影响的前提下,应该尽量实现潜水器轻量化。“深海飞行挑战者”号、DeepSearch的设计质量在20吨左右,“深海挑战者”号的质量只有11.8吨,而“蛟龙”号的质量为22吨,升级到万米级潜水器必须采用轻量化设计。
        提高潜浮速度。潜水器在水下活动的总时间是确定的,扣除下潜和上浮所需时间,剩下的时间可用于潜水器在海底作业、探测等。实现潜水器的快速上浮和快速下潜,可明显提高潜水器在水中的时间利用率,万米级载人潜水器对此方面的需求更未突出。当前,国外研发的万米级载人潜水器的下潜和上浮速度大概为4~6节。
        提高电池性能。目前潜水器均使用电池作为动力源,包括铅酸电池、银锌电池、锂离子电池和燃料电池等,电池的性能对于潜水器的水下活动时间、速度及安全性等方面具有重要意义。长远来看,研发运行寿命长、比能量和比功率高、工作电流大、价格适度的电池是万米级潜水器研发的关键方向之一。
        提升通讯能力。当前研发的万米级载人潜水器与母船的通讯主要采用的是声学通讯,随着海水深度的不断增加,声学设备的通讯距离变得更远,通讯损失也将会变得更大。因此,进军万米深渊,一方面对部件的噪声提出了更高的要求,另一方面也要研发适用于万米水深的全海深通讯设备及技术。
        提高舒适度。载人舱是潜航员和乘客、科学家在深海中工作和休息的空间,需要提供必要的设备设施及舒适的环境。未来,基于人—机—环境的设计技术将更多的应用在万米级载人潜水器上,充分考虑人机工程学、心理学、行为学、噪声学和色彩学等方面,将极大地提高人员操作的准确度和舒适度,降低误操作的可能性和操作的疲劳度。
        新型材料。水下万米深度对潜水器耐压结构设计和制造的要求更加严格,特别是作为载人舱的生命支持耐压结构,体积较大,对材料和工艺要求较高。目前潜水器耐压结构较多采用钢、钛合金等金属材料;未来,玻璃、陶瓷、复合材料这些新型材料也将更多的应用到万米潜水器的制造。
        谱系化有无人潜水器协同作业。世界深海潜水器技术发展重要方向是大型有人装备技术与智能无人装备技术的结合,谱系化的深海载人潜水器、深海无人潜水器成为深海作业主力。未来,万米级载人潜水器和无人潜水器将突破各自限制,优势互补,相互协同配合,显著提升深海探测与作业时间和作业能力,更加有效地提高万米深渊科考、作业的效率和安全性。
        目前,万米级潜水器是深海装备的重要发展方向,并且正成为各海洋国家竞相研发的热点。美国、日本及我国已经研发了万米级无人潜水器并都成功下潜至万米深渊,万米级载人潜水器的研发也集中在美国、日本及我国。美国私人企业是万米潜水器研发的重要力量,值得我国借鉴。
        尽管美国“深海挑战者”号已经下潜到万米,但距离实现万米深渊作业还很遥远。未来几年将成为万米级载人潜水器海试的密集期,从各万米级载人潜水器研发进度来看,我国在万米级载人潜水器的研发方面后劲足、水平高,相信万米级潜水器将成为我国建设海洋强国道路上一张靓丽的名片。
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